JP2019109087A - 還元性ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
S=(GH−GN)/GN (1)
(GH:水素存在下のコンダクタンス、GN:水素存在しない場合のコンダクタンス)
本実施形態では、パラジウム金属錯体(以下「Pd錯体」を呼ぶ)を用いて還元性ガスを検知する還元性ガスセンサ100(以下、単に「センサ100」と呼ぶ)について、図1を参照して説明する。図1は、センサ100の構成を説明する概略図である。
[PdL1L2]n (2)
L3−Pd−L4 (4)
本実施形態では、還元性ガスを検知するセンサ300の構成について、図3を参照して説明する。図3は、本実施形態のセンサ300の構成を説明する断面模式図である。センサ300は、基板30、一対の電極31及びガス反応部32を有する。基板30は、第1の実施形態の基板10と同様のものを用いることができる。
本実施形態では、第1の実施形態又は第2の実施形態で説明したセンサ100、200、300を具備した移動体について説明する。本実施形態では、移動体である燃料電池車400について、図4を参照して説明する。図4は、燃料電池車400の構成の一例を示す模式図である。
S=(GH−GN)/ GN (2)
(GH:還元性ガスとの反応後のコンダクタンス、GN:還元性ガスとの反応後のコンダクタンス)
本実施例では、第1の実施形態のセンサ200を作成した。ガス反応部12に含まれるPd錯体としては、アルドリッチ(株)社製の酢酸パラジウムを用いた。酢酸パラジウムの1重量%の酢酸エチル溶液を作成し、酢酸パラジウムの酢酸エチル溶液を櫛歯形状の電極21上にスピンコートした。スピンコートの条件は、1000回転/分で30秒間であった。電極21同士の電極間隔は、5μmとした。また、電極21の電極長は50cmとした。
本実施例では、キャスト法によりガス反応部を作成した以外は、実施例1と同じ方法でセンサ200を作製した。具体的には、電極21上に実施例と同様の酢酸パラジウムの1重量%の酢酸エチル溶液を滴下し、10分間室温で乾燥してガス反応部22を形成した。
この実施例では、酢酸パラジウムの溶媒としてクロロホルムを用いた以外は、実施例1と同じようにセンサを作製した。
本実施例では、酢酸パラジウムの溶媒としてクロロホルムを用いた以外は、実施例2と同様にセンサを作製した。
本実施例では、Pd錯体として酢酸パラジウム3量体(アルドリッチ社(株)社製)を用い、かつ、電極21の電極間隔を10μmにした以外は、実施例1と同様にセンサを作製した。
本実施例では、Pd錯体として酢酸パラジウム3量体(アルドリッチ社(株)社製)を用いた以外は、実施例1と同様にセンサを作製した。
本実施例では、Pd錯体として酢酸パラジウム3量体(アルドリッチ社(株)社製)を用い、かつ、電極21の電極間隔を1μmにした以外は、実施例1と同様にセンサを作製した。
本実施例では、キャスト法を用いた以外は実施例6と同様にセンサを作製した。
実施例9では、溶媒にクロロホルムを用い、且つ、キャスト方を用いた以外は、実施例6と同様にセンサを作製した。
本実施例では、Pd錯体としてプロピオン酸パラジウム(アルドリッチ社(株)社製)を用いた以外は、実施例1と同様にセンサを作製した。
本実施例では、キャスト法を用いてガス反応部を形成した以外は、実施例10と同様にセンサを作製した。
本実施例では、キャスト法を用いてガス反応部を形成し、且つ、電極21の電極間隔を3μmとした以外は、実施例10と同様にセンサを作製した。
本実施例では、キャスト法を用いてガス反応部を形成し、且つ、電極21の電極間隔を1μmとした以外は、実施例10と同様にセンサを作製した。
本実施例では、Pd錯体としてトリフルオロ酢酸パラジウム(II)(アルドリッチ社(株)社製)を用いた以外は、実施例3と同様にセンサを作製した。
本実施例では、Pd錯体としてトリフルオロ酢酸パラジウム(II)(アルドリッチ社(株)社製)を用いた以外は、実施例4と同様にセンサを作製した。
本実施例は、実施例1のセンサを用いて、水素ガスではなくエチレンガスを検知する。そのため、電流応答実験及び感度Sの測定は、1%エチレンガス/99%空気の混合気体を用いて行った。
本実施例は、実施例1のセンサを用いて、水素ガスではなくホルムアルデヒドを検知する。そのため、電流応答実験及び感度Sの測定は、1%ホルムアルデヒドガス/99%空気の混合気体を用いて行った。1%ホルムアルデヒド混合気体を導入してから、630秒後に急激電流値変化が開始された。また、感度Sは109だった。
比較例として、実施例1の酢酸パラジウムを、以下の一般式(6)で示すPd錯体に置き換えて、実施例1と同様にセンサを作製した。本比較例のセンサは、1%水素混合気体を導入しても電流値の上昇は観測できなかった。
Claims (13)
- 一対の電極と、
前記一対の電極と電気的に接触している反応層と、を有し、
前記反応層は、下記一般式(1)で表されるパラジウム金属錯体を含み、
前記パラジウム金属錯体と前記還元性ガスとが不可逆的な酸化還元反応をすることによって生じる前記一対の電極間の電気伝導度の変化を測定することにより、前記還元性ガスを検知することを特徴とする還元性ガスセンサ。
一般式(1)において、OR1〜OR4のそれぞれは、単座配位子、又は、R1〜R4同士が互いに結合して形成される多座配位子、又はR1〜R4のそれぞれが一般式(1)におけるパラジウム原子と異なるパラジウム原子と結合する架橋配位子である。R1〜R4のそれぞれは、1以上の炭素を有し、互いに同じであっても異なっていてもよい。 - 前記一対の電極に電圧を供給する電源と、
前記一対の電極間の電気伝導度の変化を測定する測定部と、を更に有することを特徴とする請求項1に記載の還元性ガスセンサ。 - 前記電気伝導度の変化は、前記一対の電極間の電流値、前記一対の電極間の抵抗、前記一対の電極間のコンダクタンス及び一対の電極間の容量の少なくとも1つを測定することにより測定されることを特徴とする請求項1または2に記載の還元性ガスセンサ。
- 一般式(1)のパラジウム原子は、2価のパラジウムであることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の還元性ガスセンサ。
- 一般式(1)のOR1〜OR4は、置換基を有してもよいアルコキシ基、又は、置換基を有してもよいカルボン酸、置換基を有してもよいケトン、置換基を有してもよいジケトン、置換基を有してもよいスルホキシド、置換基を有してもよいカルボン酸アミド、及びこれらいずれかがイオン化したものから、それぞれ独立に選ばれることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の還元性ガスセンサ。
- 前記パラジウム金属錯体は、下記一般式(2)で表される構造を有する多核錯体であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の還元性ガスセンサ。
[PdL1L2]n (2)
一般式(2)において、L1、L2のそれぞれは、前記架橋配位子を表している。L1とL2とは、互いに同じであっても異なっていてもよい。また、nは2以上の整数である。 - 前記パラジウム金属錯体は、下記一般式(4)で表わされる構造を有するキレート錯体であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の還元性ガスセンサ。
L3−Pd−L4 (4)
一般式(4)において、L3、L4のそれぞれは、2つの酸素原子がパラジウム原子と配位結合を形成する二座配位子である。L3とL4とは、互いに同じであっても異なっていてもよい。nは1以上の整数である。 - 前記還元性ガスは、水素ガスであることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の還元性ガスセンサ。
- 前記一対の電極のそれぞれは、櫛歯形状であることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の還元性ガスセンサ。
- 水素ガスを貯蔵する水素ガスタンクと、
酸素ガスと、前記水素ガスタンクからの前記水素ガスと、が供給されることにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池が発電した電力で駆動するモータと、
系外の水素ガスを検知する水素ガスセンサと、を有し、
前記水素ガスセンサは、請求項1から11のいずれか一項に記載の還元性ガスセンサを有することを特徴とする移動体。 - 水素ガスを供給する水素ガスステーションであって、
水素ガスを貯蔵する水素ガスタンクと、
水素ガスを前記水素ガスタンクから対象に供給する供給部と、
系外の水素ガスを検知する水素ガスセンサと、を有し、
前記水素ガスセンサは、請求項1から11のいずれか一項に記載の還元性ガスセンサを有することを特徴とする水素ガスステーション。
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WO2021095440A1 (ja) * | 2019-11-14 | 2021-05-20 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | アルケン検知ガスセンサ、及び、それを用いたシステム |
JP7283671B2 (ja) | 2019-11-14 | 2023-05-30 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | アルケン検知ガスセンサ、及び、それを用いたシステム |
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